一种抗碳化混凝土增强剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种抗碳化混凝土增强剂及其制备方法 (Anti-carbonization concrete reinforcing agent and preparation method thereof ) 是由 吴伟 王龙 黄玉美 米尔科·格鲁博 刘昭洋 王龙飞 李茜茜 连彦丽 刘旭飞 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：一种抗碳化混凝土增强剂及其制备方法,所述抗碳化混凝土增强剂的结构式如下：R：C-(2)-C-(6)。制备方法：在反应釜内加入烷基胺、乙醇溶液低速度室温搅拌溶解,然后升温至40-50℃并滴加O-甲基异脲硫酸盐水溶液,控制在30～35分钟滴加完成,保持温度40-50℃反应3-4小时,反应完成后冷却至室温,然后加入消泡剂搅拌均匀即得。本发明提高了混凝土强度,提高了混凝土的抗碳化性能,增强了混凝土结构的耐久性能,延长了混凝土的使用寿命。(The structural formula of the anti-carbonization concrete reinforcing agent is as follows: R：C 2 ‑C 6 . The preparation method comprises the following steps: adding alkylamine and ethanol solution into a reaction kettle, stirring and dissolving at a low speed at room temperature, heating to 40-50 ℃, dropwise adding O-methylisourea sulfate aqueous solution, controlling the dropwise adding to be completed within 30-35 minutes, keeping the temperature at 40-50 ℃ for reaction for 3-4 hours, cooling to room temperature after the reaction is completed, adding a defoaming agent, and stirring uniformly to obtain the catalyst. The invention improves the strength of concrete, improves the anti-carbonization performance of the concrete, enhances the durability of the concrete structure and prolongs the service life of the concrete.)
技术领域
本发明涉及一种混凝土增强剂，具体是一种抗碳化混凝土增强剂，属于建筑材料化学添加剂技术领域，是一种用于大掺量胶凝材料体系混凝土提升强度和抗碳化能力的添加剂。本发明还涉及所述抗碳化混凝土增强剂的制备方法。
背景技术
随着国家节能减排以及碳中和政策的不断普及，人们环保意识逐步提高，对于绿色建设、绿色建材有了迫切的需要。建材行业作为固废容纳的“排头兵”，绿色环保的固废资源作为混凝土掺合料被逐渐开发并大量应用。但是在实际工程应用中存在以下问题：1.当掺合料掺量>30％条件下虽然90d强度令人满意，但是往往28d强度偏低。2.混凝土因为掺合料使用水泥用量降低，混凝土碱性降低，碳化加深，混凝土对钢筋保护效应逐步减弱，加快了混凝土劣化。3.水泥厂为了降低碳排放，开发高硅酸二钙水泥其同样存在强度发展慢的问题，影响施工进度。
为了提升作为固废资源的掺合料在混凝土中的使用率，就必须解决以上问题，针对以上问题需要开发出一种抗碳化混凝土增强剂。我们知道，混凝土强度发展速度慢主要是其矿物相溶解速度受制约，常见采用氢氧化钠、氢氧化钾或水玻璃等加速溶解，但是其带来了碱骨料风险以及严重影响混凝土后期强度；也有专利文献采用二乙或三乙醇胺提高早期强度，早期增强效果良好但后期强度无增长甚至有倒缩现象，同时其存在与水泥的适应性问题，其对掺量极其敏感。主要是水泥目前普遍采用醇胺助磨剂，当混凝土生产中再次掺入醇胺物质会导致醇胺超掺，从而造成凝结时间异常严重时甚至导致强度下降达30％。对于混凝土碳化问题目前比较有效的方法是增加水泥用量，但是这与碳中和和固废利用的概念背道而驰；加入烷基醇胺能有效抑制碳化，但是其存在掺量对强度的影响；加入胶凝材料2-4％烷基聚乙二醇胺能有效抑制碳化，但是其掺量过高导致混凝土含气量异常同时经济性太低。
相关专利文献：CN101555111A公开了一种高效活化水泥助磨增强剂及其制备工艺，其高效活化水泥助磨增强剂，采用以下主要组分和重量百分含量：水38－44％，聚羟酸高效减水剂8－12％，乙酸钠4－10％，尿素1－3.6％，改性木质素13－19％，85％的三乙醇胺8－12％，糖稀14－20％，吐温TO－20 0.08－0.11％，有机硅消泡剂0.08－0.11％。CN103102093A公开了一种混凝土专用防腐抗裂增强剂，各组分的重量百分比为：减缩组份2～5％，抗早期塑性收缩组份4～8％，抗氯盐侵蚀组份60～80％，抗碳化组份10～30％，引气组份0～0.5％，缓凝组份0～2％。所述抗早期砼塑性收缩组份描述为聚丙烯纤维及聚丙烯晴纤维，抗氯盐侵蚀组份为无机非金属化合物，包括超细矿粉和氧化镁的混合物，所述抗碳化组份为活性硅化合物。CN111269025A公开了一种锂基渗透液改性混凝土表面增强剂及制备和使用方法。锂基渗透液改性混凝土表面增强剂由锂基渗透液、硫酸钠、乳胶粉、滑石粉、成膜助剂、消泡剂和水组成，使用该技术能高效的针对于结构混凝土表面由于“蜂窝麻面”、表面起粉起砂、离析泌水等导致混凝土表面强度不足进行有效强度修补，具有较高的修复性、粘结性，可提高结构混凝土的表面强度，提高修复后混凝土的抗渗性能、抗碳化性能、抗有害化学物质侵蚀，提高混凝土表面致密度，增强混凝土结构的耐久性能，延长混凝土的使用寿命。
以上这些技术对于如何使抗碳化混凝土增强剂的性能良好，能提高混凝土强度，提高混凝土的抗碳化性能，增强混凝土结构的耐久性能，并未给出具体的指导方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种抗碳化混凝土增强剂，它的性能良好，能提高混凝土强度，提高混凝土的抗碳化性能，增强混凝土结构的耐久性能，从而延长混凝土的使用寿命。
为此，本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种上述抗碳化混凝土增强剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种抗碳化混凝土增强剂，其技术方案在于所述抗碳化混凝土增强剂的结构式如下：
R：C2-C6(碳原子数为2～6)。
所述的抗碳化混凝土增强剂的制备方法，其特征在于它包括以下工艺步骤：在装备有高速搅拌器、回流冷凝装置的反应釜内加入100―150份烷基胺、300份乙醇溶液低速度室温搅拌溶解，所述乙醇溶液中水与乙醇的质量比为1:2～2.5，然后升温至40-50℃并滴加O-甲基异脲硫酸盐水溶液660～665份，控制在30～35分钟均匀滴加完成，所述甲基异脲硫酸盐水溶液的质量百分比浓度为40％～45％，滴加完成后，保持温度40-50℃反应3-4小时，反应完成后冷却至室温，然后加入3-5份消泡剂搅拌均匀即得到抗碳化混凝土增强剂。
上述技术方案中，优选的技术方案可以是：所述的烷基胺采用C2-C7含有伯胺结构的。上述烷基胺可以采用乙胺或者庚胺。上述烷基胺处于对O-甲基异脲硫酸盐摩尔比过量的范围，烷基胺与O-甲基异脲硫酸盐的摩尔比最好为1.5-2.2:1。上述消泡剂为硅油类消泡剂(消泡剂硅油)，如市售产品Evonik Tegopern 7008，或者聚氧乙烯/丙烯、炔二醇环氧乙烷/丙烷类市售产品。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是：所述的抗碳化混凝土增强剂的制备方法包括以下工艺步骤：在装备有高速搅拌器、回流冷凝装置的反应釜内加入100份乙胺、300份乙醇溶液低速度室温搅拌溶解，所述乙醇溶液中水与乙醇的质量比为1:2，然后升温至40℃并滴加O-甲基异脲硫酸盐水溶液660份，控制在30分钟均匀滴加完成，所述甲基异脲硫酸盐水溶液的质量百分比浓度为40％，滴加完成后，保持温度40℃反应3小时，反应完成后冷却至室温，然后加入3份消泡剂(消泡剂硅油，可以是市售商品Tegopern 7008)搅拌均匀即得到抗碳化混凝土增强剂。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是：所述的抗碳化混凝土增强剂的制备方法包括以下工艺步骤：在装备有高速搅拌器、回流冷凝装置的反应釜内加入150份庚胺、300份乙醇溶液低速度室温搅拌溶解，所述乙醇溶液中水与乙醇的质量比为1:2，然后升温至50℃并滴加O-甲基异脲硫酸盐水溶液660份，控制在30分钟均匀滴加完成，所述甲基异脲硫酸盐水溶液的质量百分比浓度为40％，滴加完成后，保持温度50℃反应4小时，反应完成后冷却至室温，然后加入5份消泡剂(消泡剂硅油，可以是市售商品Tegopern 7008)搅拌均匀即得到抗碳化混凝土增强剂。
本发明合成二氧化碳开关型表活烷基双胍作为增强剂和抗碳化物质，其在碱性条件下基本成中性，不会像醇胺物质吸附在矿相上而是残留在孔隙溶液中从而解决了存在适应性问题，同时其对硅、铝和钙相溶解促进作用优于醇胺物质；本发明在二氧化碳捕捉能力上或抗碳化性能上同质量掺入量与醇胺体系相当；本发明为了提高在液相中的残留，引入了部分烷基会造成混凝土含气有1-2％增加，为不降低其对强度的增长作用本发明复配加入消泡剂，使得气泡液膜松散从而降低混凝土含气。
本发明在混凝土生产搅拌中加入，能加速胶凝材料中硅、钙和铝相溶解速率，从而提高混凝土强度特别是28d强度。同时本发明具有良好的二氧化碳捕捉能力，在有水分存在条件下能吸收二氧化碳成盐从而避免二氧化碳与氢氧化钙反应，大大延缓混凝土中和速度，有效防止混凝土劣化。本发明特别适用于大掺量辅助胶凝材料(粉煤灰、矿粉、炉渣、煤矸石等)混凝土，能有效解决此类混凝土碳化深度大、强度发展慢的问题，为加大固废资源利用和碳中和碳减排提供了有力保障。
综上所述，本发明提高了混凝土强度，提高了混凝土的抗碳化性能，增强了混凝土结构的耐久性能，延长了混凝土的使用寿命。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例3：本发明所述的抗碳化混凝土增强剂的结构式如下：
R：C4。
实施例1：所述的抗碳化混凝土增强剂的制备方法包括以下工艺步骤：在装备有高速搅拌器、回流冷凝装置的反应釜内加入100份乙胺、300份乙醇溶液低速度室温搅拌溶解，所述乙醇溶液中水与乙醇的质量比为1:2，然后升温至40℃并滴加O-甲基异脲硫酸盐水溶液660份，控制在30分钟均匀滴加完成，所述甲基异脲硫酸盐水溶液的质量百分比浓度为40％，滴加完成后，保持温度40℃反应3小时，反应完成后冷却至室温，然后加入3份消泡剂(消泡剂硅油，可以是市售商品Tegopern 7008)搅拌均匀即得到抗碳化混凝土增强剂。
实施例2：所述的抗碳化混凝土增强剂的制备方法包括以下工艺步骤：在装备有高速搅拌器、回流冷凝装置的反应釜内加入150份庚胺、300份乙醇溶液低速度室温搅拌溶解，所述乙醇溶液中水与乙醇的质量比为1:2，然后升温至50℃并滴加O-甲基异脲硫酸盐水溶液660份，控制在30分钟均匀滴加完成，所述甲基异脲硫酸盐水溶液的质量百分比浓度为40％，滴加完成后，保持温度50℃反应4小时，反应完成后冷却至室温，然后加入5份消泡剂(消泡剂硅油，可以是市售商品Tegopern 7008)搅拌均匀即得到抗碳化混凝土增强剂。
以下为本发明的试验部分：混凝土配合比和材料如下：
水泥：亚东水泥P.O42.5，密度＝3.11g/cm3，比表面积362m2/kg,，拉法基P.O42.5R,密度3.08g/cm3,比表面积353m2/kg
粉煤灰：四川博磊Ⅰ级粉煤灰，密度2.3g/cm3，检测数据如下：
表1粉煤灰物检数据
样品
细度
烧失量
需水量比
活性指数
博磊
8％
2.70％
95％
78％
矿粉：双实S95矿粉，密度2.9g/cm3,比表面积400m2/kg,28d活性指数99％。
砂：人工机制砂，中Ⅱ砂细度模数2.8，中Ⅲ砂细度模数2.3，表观密度2680kg/m3。
石：人工碎石5mm-31.5mm，吸水率0.3％，针片状含量6％，表观密度2840kg/m3。
减水剂：市售高性能聚羧酸减水剂，石家庄市长安育才建材有限公司。掺量为水泥重量的1.6％。市售高性能聚羧酸减水剂为聚醚类聚羧酸系高性能减水剂，其合成工艺为：①聚合反应：计量丙烯酸220g，配以210g去离子水，泵入滴定罐A备用(作为A料)。计量维生素C 2g,巯基乙酸7.60g,配以420g去离子水，泵入滴定罐B备用(作为B料)。往反应釜内加入去离子水2300g，烯丙醇聚氧乙烯醚1800g，搅拌，由室温升至55℃，加入12.0g双氧水，同时滴定A料、B料，A料2.5小时滴定完，B料3小时滴定完，保温1.5小时，温度控制在60±2℃，得到聚合物。②中和反应：将聚合物降温至50℃以下(为45℃)，边搅拌边加入(质量百分比浓度为30％的)氢氧化钠水溶液，调节pH值为6.5-7，反应完成，得到含固量约为40％的聚醚类聚羧酸系高性能减水剂。
配合比1为基准P.O42.5R,正常C30生产配合比。配合比2为高掺辅助胶凝材料配合比，掺合料(粉煤灰和矿粉)为总胶凝材料的38％。强度测试结果见表3。抗碳化测试结果见表4。
表2混凝土配合比
表3强度测试结果(掺量均为胶凝材料的质量百分比)
表4耐久性测试结果(掺量均为胶凝材料的质量百分比)
综上所述，本发明提高了混凝土强度，提高了混凝土的抗碳化性能，增强了混凝土结构的耐久性能，延长了混凝土的使用寿命。
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